基于Multisim 10仿真的負(fù)反饋放大電路

徐經(jīng)綸

摘 要： Multisim 10是美國國家儀器有限公司最新推出的EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。負(fù)反饋的多級(jí)放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，在此采用實(shí)驗(yàn)法，借助Multisim 10仿真平臺(tái)，將具有負(fù)反饋的兩級(jí)放大電路進(jìn)行仿真，探索加入負(fù)反饋的電路特點(diǎn)。分析電路靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化以及加入負(fù)反饋后對(duì)電路放大倍數(shù)的影響，說明負(fù)反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴(kuò)展，在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞： Multisim 10； 負(fù)反饋放大電路； EDA軟件； 模擬電路

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）04?0115?03

Negative feedback amplifying circuit for simulation based on Multisim 10

XU Jing?lun

（Advanced Vocational Technology College， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 200437， China）

Abstract： Multisim 10 is a EDA software made by National Instruments. It has a more visually human?computer interaction interface and simulates the real circuit results in almost 100%. Negative feedback multistage amplifying circuit is a classic analog circuit. The two?stage amplifying circuit with negtive feedback was simulated with experimental method by means of Multisim 10 simulation platform to explore the features of the circuit adding negative feedback. Analysis The changes of circuit quiescent operating point and dynamic parameter， and the effect on circuit magnification after adding negative feedback are analyzed. It is pointed out that the negtive feedback circuit can stabilize the quiescent operating point of circuit. Though the magnification is reduced， the frequency band is expanded. These conclusions have a profound significance in the actual design of the circuit.

Keywords： Multisim10； negative feedback amplifying circuit； EDA software； analog circuit

0 引 言

近年來，電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，EDA技術(shù)促進(jìn)了電子線路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。本文借助Multisim 10的仿真平臺(tái)，用Multisim仿真分析阻容耦合負(fù)反饋放大電路，研究加入負(fù)反饋后對(duì)放大電路放大倍數(shù)和電路參數(shù)的影響，比較幅頻和相頻的變化，對(duì)研究設(shè)計(jì)帶負(fù)反饋的放大電路具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 Multisim 仿真軟件與特點(diǎn)

1.1 Multisim 仿真軟件

Multisim 軟件是加拿大圖像交互技術(shù)公司 IIT 公司推出的專門用于電路仿真和設(shè)計(jì)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件。其前身是電子工作平臺(tái) EWB，從 EWB 6.0 版本開始，公司對(duì)軟件做了大規(guī)模的改動(dòng)，升級(jí)后軟件功能更為強(qiáng)大，被美國NI公司收購后，更名為NI Multisim ，而V10.0是其（National Instruments，NI）最新推出的Multisim新版本。相對(duì)于Protel等其他EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對(duì)模/數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。

1.2 Multisim 仿真軟件特點(diǎn)

（1） 直觀的窗口界面：菜單欄（Menu Bar）、工具欄（Toolbar）、設(shè)計(jì)欄（Design Toolbox）、元器件欄（Components Toolbar）、儀器欄（Instruments Toolbar）、電路編輯窗口（Workspace）等部分組成[1]，如圖1所示。

（2） Multisim有龐大的元器件和豐富的虛擬儀器庫。諸如基本元件（Basic）、信號(hào)源（Sources）、模擬集成電路（Analog）、數(shù)字集成電路（Misc Digital）、可以從 Design工具欄轉(zhuǎn)換到Instruments 工具欄，或用菜單命令（Simulation/instrument）選擇這些儀表[2]。

（3） Multisim強(qiáng)大的分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)域和頻域分析、元器件的線性和非線性分析、失真分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析、以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能[2]。

圖1 Multisim 10界面

2 Multisim 仿真的負(fù)反饋放大電路

2.1 理論分析

所謂反饋，就是將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)反送到輸入端（或輸入回路），使放大電路凈輸入信號(hào)是外加輸入信號(hào)和反饋信號(hào)疊加的結(jié)果，從而影響放大電路性能的過程。

放大電路的輸出與輸入之間沒有聯(lián)系即斷開的這種接法稱為開環(huán)接法。加入反饋的放大所示電路、輸出與輸入之間形成閉合環(huán)路這種接法稱為閉環(huán)接法。反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，前者的主要功能是放大信號(hào)，后者的主要功能是傳輸反饋信號(hào)。

當(dāng)靜態(tài)時(shí)，放大電路的直流輸出電流ICQ，利用發(fā)射極電流IEQ（IEQ≈ICQ）在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生反饋電壓Uf，Uf=IEQRe送回到電路的輸入端基極，與輸入端的固定電位UB串聯(lián)疊加，從而改變了輸入電壓UBEQ的大小，使ICQ趨于穩(wěn)定，這種反饋方式屬于直流負(fù)反饋。動(dòng)態(tài)時(shí)，其中的交流電流ie通過發(fā)射極旁路電容Ce直接到放大電路的公共端—“地”端，因此發(fā)射極電阻Re對(duì)交流信號(hào)沒有反饋?zhàn)饔谩?/p>

2.2 實(shí)踐與仿真分析

在反饋放大電路中，若反饋結(jié)果是加強(qiáng)了閉環(huán)放大電路輸人信號(hào)Xi的作用，使基本放大電路的凈輸人信號(hào)Xd增加，稱為正反饋；若反饋結(jié)果抵消了閉環(huán)放大電路輸入信號(hào)Xi作用，使基本放大電路的凈輸人信號(hào)Xd減小，稱為負(fù)反饋。

這里著重討論負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響的某種性能。如圖2是兩級(jí)放大電路引入負(fù)反饋后的仿真電路。

其中，由電容C5，R9組成的就是反饋到輸出電容C3的負(fù)反饋電路。如圖3和圖4是分別將加入負(fù)反饋和去掉負(fù)反饋電路后得到的仿真圖像。

圖2 兩極放大電路引入負(fù)反饋后的仿真電路

圖3 加入負(fù)反饋仿真波形

估算：兩級(jí)電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=93.7371.644][=57]，（[Uo，Ui]單位為mV）放大倍數(shù)比較小，但是輸入和輸出波形不存在相位差，重合度非常好。

估算：兩級(jí)電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=826.6321.824=][453。]

從圖3和圖4和表1可以看出由兩個(gè)分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路組成的兩級(jí)放大電路的放大倍數(shù)很高，而接入負(fù)反饋后放大倍數(shù)很低；同時(shí)也可對(duì)比出：引入負(fù)反饋后雖然降低了放大倍數(shù)，卻穩(wěn)定了放大倍數(shù)。

表1 改變偏置電阻后的電壓放大倍數(shù)

圖4 去掉負(fù)反饋的仿真波形

觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)幅頻特性的影響，反饋的幅頻相頻圖如圖5所示。設(shè)電阻R9開路狀態(tài)，重新測(cè)試，測(cè)得無反饋時(shí)的幅頻相頻特性仿真結(jié)果如圖6所示。比較可以看出，有負(fù)反饋時(shí)放大倍數(shù)降低了，但頻帶得到了擴(kuò)展。

圖5 反饋的幅頻相頻圖

在實(shí)際電路中一般都是引入負(fù)反饋，犧牲放大倍數(shù)換取性能的穩(wěn)定，負(fù)反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。

圖6 不加入反饋的幅頻相頻圖

3 結(jié) 語

負(fù)反饋的多級(jí)放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，借助Multisim 10仿真平臺(tái)，分析電路靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化以及加入負(fù)反饋后對(duì)電路放大倍數(shù)的影響，說明負(fù)反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴(kuò)展，在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建兵，周長林.EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程?Multisim與 Protel的應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2] 王廷才，陳昊.電工電子技術(shù)Multisim 10 仿真實(shí)驗(yàn)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3] 付揚(yáng).Multisim仿真在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（4）：120?122.

[4] 李鵬.仿真教學(xué)在高職業(yè)教育中應(yīng)用研究[D].山東：山東師范大學(xué)，2008.

[5] 王鎖萍，龔建.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].電子世界，2002，22（2）：23?25.

[6] 張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

圖1 Multisim 10界面

2 Multisim 仿真的負(fù)反饋放大電路

2.1 理論分析

所謂反饋，就是將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)反送到輸入端（或輸入回路），使放大電路凈輸入信號(hào)是外加輸入信號(hào)和反饋信號(hào)疊加的結(jié)果，從而影響放大電路性能的過程。

放大電路的輸出與輸入之間沒有聯(lián)系即斷開的這種接法稱為開環(huán)接法。加入反饋的放大所示電路、輸出與輸入之間形成閉合環(huán)路這種接法稱為閉環(huán)接法。反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，前者的主要功能是放大信號(hào)，后者的主要功能是傳輸反饋信號(hào)。

當(dāng)靜態(tài)時(shí)，放大電路的直流輸出電流ICQ，利用發(fā)射極電流IEQ（IEQ≈ICQ）在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生反饋電壓Uf，Uf=IEQRe送回到電路的輸入端基極，與輸入端的固定電位UB串聯(lián)疊加，從而改變了輸入電壓UBEQ的大小，使ICQ趨于穩(wěn)定，這種反饋方式屬于直流負(fù)反饋。動(dòng)態(tài)時(shí)，其中的交流電流ie通過發(fā)射極旁路電容Ce直接到放大電路的公共端—“地”端，因此發(fā)射極電阻Re對(duì)交流信號(hào)沒有反饋?zhàn)饔谩?/p>

2.2 實(shí)踐與仿真分析

在反饋放大電路中，若反饋結(jié)果是加強(qiáng)了閉環(huán)放大電路輸人信號(hào)Xi的作用，使基本放大電路的凈輸人信號(hào)Xd增加，稱為正反饋；若反饋結(jié)果抵消了閉環(huán)放大電路輸入信號(hào)Xi作用，使基本放大電路的凈輸人信號(hào)Xd減小，稱為負(fù)反饋。

這里著重討論負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響的某種性能。如圖2是兩級(jí)放大電路引入負(fù)反饋后的仿真電路。

其中，由電容C5，R9組成的就是反饋到輸出電容C3的負(fù)反饋電路。如圖3和圖4是分別將加入負(fù)反饋和去掉負(fù)反饋電路后得到的仿真圖像。

圖2 兩極放大電路引入負(fù)反饋后的仿真電路

圖3 加入負(fù)反饋仿真波形

估算：兩級(jí)電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=93.7371.644][=57]，（[Uo，Ui]單位為mV）放大倍數(shù)比較小，但是輸入和輸出波形不存在相位差，重合度非常好。

估算：兩級(jí)電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=826.6321.824=][453。]

從圖3和圖4和表1可以看出由兩個(gè)分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路組成的兩級(jí)放大電路的放大倍數(shù)很高，而接入負(fù)反饋后放大倍數(shù)很低；同時(shí)也可對(duì)比出：引入負(fù)反饋后雖然降低了放大倍數(shù)，卻穩(wěn)定了放大倍數(shù)。

表1 改變偏置電阻后的電壓放大倍數(shù)

圖4 去掉負(fù)反饋的仿真波形

觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)幅頻特性的影響，反饋的幅頻相頻圖如圖5所示。設(shè)電阻R9開路狀態(tài)，重新測(cè)試，測(cè)得無反饋時(shí)的幅頻相頻特性仿真結(jié)果如圖6所示。比較可以看出，有負(fù)反饋時(shí)放大倍數(shù)降低了，但頻帶得到了擴(kuò)展。

圖5 反饋的幅頻相頻圖

在實(shí)際電路中一般都是引入負(fù)反饋，犧牲放大倍數(shù)換取性能的穩(wěn)定，負(fù)反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。

圖6 不加入反饋的幅頻相頻圖

3 結(jié) 語

負(fù)反饋的多級(jí)放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，借助Multisim 10仿真平臺(tái)，分析電路靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化以及加入負(fù)反饋后對(duì)電路放大倍數(shù)的影響，說明負(fù)反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴(kuò)展，在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建兵，周長林.EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程?Multisim與 Protel的應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2] 王廷才，陳昊.電工電子技術(shù)Multisim 10 仿真實(shí)驗(yàn)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3] 付揚(yáng).Multisim仿真在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（4）：120?122.

[4] 李鵬.仿真教學(xué)在高職業(yè)教育中應(yīng)用研究[D].山東：山東師范大學(xué)，2008.

[5] 王鎖萍，龔建.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].電子世界，2002，22（2）：23?25.

[6] 張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

圖1 Multisim 10界面

2 Multisim 仿真的負(fù)反饋放大電路

2.1 理論分析

所謂反饋，就是將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)反送到輸入端（或輸入回路），使放大電路凈輸入信號(hào)是外加輸入信號(hào)和反饋信號(hào)疊加的結(jié)果，從而影響放大電路性能的過程。

放大電路的輸出與輸入之間沒有聯(lián)系即斷開的這種接法稱為開環(huán)接法。加入反饋的放大所示電路、輸出與輸入之間形成閉合環(huán)路這種接法稱為閉環(huán)接法。反饋放大電路由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，前者的主要功能是放大信號(hào)，后者的主要功能是傳輸反饋信號(hào)。

當(dāng)靜態(tài)時(shí)，放大電路的直流輸出電流ICQ，利用發(fā)射極電流IEQ（IEQ≈ICQ）在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生反饋電壓Uf，Uf=IEQRe送回到電路的輸入端基極，與輸入端的固定電位UB串聯(lián)疊加，從而改變了輸入電壓UBEQ的大小，使ICQ趨于穩(wěn)定，這種反饋方式屬于直流負(fù)反饋。動(dòng)態(tài)時(shí)，其中的交流電流ie通過發(fā)射極旁路電容Ce直接到放大電路的公共端—“地”端，因此發(fā)射極電阻Re對(duì)交流信號(hào)沒有反饋?zhàn)饔谩?/p>

2.2 實(shí)踐與仿真分析

在反饋放大電路中，若反饋結(jié)果是加強(qiáng)了閉環(huán)放大電路輸人信號(hào)Xi的作用，使基本放大電路的凈輸人信號(hào)Xd增加，稱為正反饋；若反饋結(jié)果抵消了閉環(huán)放大電路輸入信號(hào)Xi作用，使基本放大電路的凈輸人信號(hào)Xd減小，稱為負(fù)反饋。

這里著重討論負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響的某種性能。如圖2是兩級(jí)放大電路引入負(fù)反饋后的仿真電路。

其中，由電容C5，R9組成的就是反饋到輸出電容C3的負(fù)反饋電路。如圖3和圖4是分別將加入負(fù)反饋和去掉負(fù)反饋電路后得到的仿真圖像。

圖2 兩極放大電路引入負(fù)反饋后的仿真電路

圖3 加入負(fù)反饋仿真波形

估算：兩級(jí)電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=93.7371.644][=57]，（[Uo，Ui]單位為mV）放大倍數(shù)比較小，但是輸入和輸出波形不存在相位差，重合度非常好。

估算：兩級(jí)電壓放大倍數(shù)[Au=UoUi=826.6321.824=][453。]

從圖3和圖4和表1可以看出由兩個(gè)分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路組成的兩級(jí)放大電路的放大倍數(shù)很高，而接入負(fù)反饋后放大倍數(shù)很低；同時(shí)也可對(duì)比出：引入負(fù)反饋后雖然降低了放大倍數(shù)，卻穩(wěn)定了放大倍數(shù)。

表1 改變偏置電阻后的電壓放大倍數(shù)

圖4 去掉負(fù)反饋的仿真波形

觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)幅頻特性的影響，反饋的幅頻相頻圖如圖5所示。設(shè)電阻R9開路狀態(tài)，重新測(cè)試，測(cè)得無反饋時(shí)的幅頻相頻特性仿真結(jié)果如圖6所示。比較可以看出，有負(fù)反饋時(shí)放大倍數(shù)降低了，但頻帶得到了擴(kuò)展。

圖5 反饋的幅頻相頻圖

在實(shí)際電路中一般都是引入負(fù)反饋，犧牲放大倍數(shù)換取性能的穩(wěn)定，負(fù)反饋是改善放大電路性能的重要技術(shù)措施，廣泛應(yīng)用于放大電路和反饋控制系統(tǒng)之中。

圖6 不加入反饋的幅頻相頻圖

3 結(jié) 語

負(fù)反饋的多級(jí)放大電路是模擬電路中比較經(jīng)典的電路，借助Multisim 10仿真平臺(tái)，分析電路靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化以及加入負(fù)反饋后對(duì)電路放大倍數(shù)的影響，說明負(fù)反饋電路能穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，放大倍數(shù)降低了， 但頻帶得到了擴(kuò)展，在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建兵，周長林.EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程?Multisim與 Protel的應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2] 王廷才，陳昊.電工電子技術(shù)Multisim 10 仿真實(shí)驗(yàn)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3] 付揚(yáng).Multisim仿真在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（4）：120?122.

[4] 李鵬.仿真教學(xué)在高職業(yè)教育中應(yīng)用研究[D].山東：山東師范大學(xué)，2008.

[5] 王鎖萍，龔建.EDA技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].電子世界，2002，22（2）：23?25.

[6] 張新喜.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.